黑科技,竟然没见过这样的飞机……

当今世界,隐形飞机大行其道,隐身技术也不再象以前一样充满神秘感,人们也不在天真的认为隐身就是肉眼瞧不到了。说简单点,隐身技术就是根据电磁波的规律,然后针对雷达的工作原理,设计出的具有吸收雷达波的材料,或者设计出消除镜面反射和角反射的外形,以此来实现在雷达屏幕上消失的技术。我国的歼20战机,就用上了一款拥有黑科技的超材料,使得歼20的隐身技术水平领先F22。

黑科技,竟然没见过这样的飞机……

那么,这款黑科技超材料究竟是什么来头呢?据总设计师杨伟院士介绍,歼-20采用了民间企业研制的碳纤维与超材料。超材料堪称顶级隐身战机必不可少的"黑科技",歼-15/FC-31总师孙聪在央视《我是未来》节目中介绍深圳光启企业研发的超材料时称,它可根据电磁方程式想要的结果,逆推回去所需的边界条件来设计材料特性,可用在雷达隐身的关键位置。

根据电气和电子工程师协会(IEEE)的定义, "超材料"指得是电磁特性与天然材料截然不同的人造材料,例如其电容率与磁导率为负值,导致电磁波穿过的折射率也是负值。其原理是利用纳米尺度的人造结构对电磁波产生共振效应,因而改变其传导特性。

美国杜克大学David Smith博士领导的团队在2006年发展的隐形装置,利用特殊结构的超材料可以让特定频率微波穿越该装置而不被其中的物体所反射。该团队的成员刘若鹏回国成立深圳光启企业。

在雷达隐身的设计理论中,最有名的话就是洛·马工程师所说的: "形状、形状、形状与材料",意即先设计出能避免雷达波反射回天线的外型,因此孙聪在节目中也是从隐身外型的平行角度原则开始介绍起。然而,飞机无法设计成完美的隐身外型,势必会留下一些 "隐身缺口",这时就需要特殊材料消除回波,使雷达隐身达到近乎完美的水平。

常见的隐身材料是能够吸收雷达波,转换成热能的材料,因此又称为 "吸波材料"。

黑科技,竟然没见过这样的飞机……

吸波材料不能取代隐身形状,两者要互相搭配才能达到隐身需求,吸波材料主要的挑战在于厚度与带宽难以两全,要增加吸收带宽就要采用多层式结构,厚度就居高不下,难以运用在飞行器上。

然而,吸波材料要黏贴在蒙皮上需要动用剧毒的有机溶剂,这使得隐身维修作业需要大量专业人力,且平常需要封闭的空调机库来降低耗损。因此从F-22开始,除了使用喷洒式吸波涂料来缩短工时外,也开始将吸波材料嵌入飞机结构,而省却维修工作。

2011年,洛·马宣布F-35机身开始有部分零件使用纳米碳管嵌入有机聚合物的复合材料,理由是其强度为碳纤复材的数倍,但重量却减轻25-30%。

超材料的另一种运用是它对频率的限制较为精准,可以让特定频率通过,却阻挡其他频率的电磁波。由于隐身飞机的雷达罩需要对自己的雷达透明,但却能避免敌军电波的穿透,一直是隐身材料中的最高工艺,很可能也能用纳米尺度的超材料来强化效果。由此可知,歼-20采用的超材料应该是纳米尺度的碳结构,目的就是强化隐身效果。

据悉,我国是世界上首个实现超材料(Metamaterial)量产的国家,为我国的富国、强军之路做出了重要贡献。


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